Od spirale lanca DNK do rasporeda građevinskih blokova proteina, obrti i vrtlozi biohemije često prate iznenađujuće doslednu orijentaciju levorukosti i dešnjaka poznatog kao hiralnost.
Nedavna studija koja uključuje teselacije jednostavnog oblika zasnovanog na trouglovima mogla bi nam pomoći da bolje razumemo zašto biologija preferira jednu orijentaciju u odnosu na drugu.
Istraga koju je sproveo mali tim istraživača iz SAD-a i Nemačke pokazuje kako bi kombinacija geometrije i osnovne fizike mogla da stoji iza nekih od najintrigantnijih životnih obrazaca.
„Univerzum ne bi trebalo da favorizuje jednorukost u odnosu na drugu, ali na skali za skalom, pojavljuju se hiralne preferencije“, kaže biofizičar Chan Zuckerberg Biohub Greg Huber. „Hiralnost može biti veoma misteriozna.“
Slično kao što naše dve ruke drže dlanove gore, verzija hiralnih molekula u ogledalu ne može biti savršeno poravnata jedan preko drugog, bez obzira na to kako su rotirani. Dakle, dok levoruki i desnoruki molekuli izgledaju skoro identični, oni mogu imati radikalno različite uticaje na stvarni svet. Korišćenje preokrenute verzije molekula u leku, na primer, može više štetiti nego što pomaže.
Nisu samo organski molekuli ti koji mogu imati orijentaciju. Minerali mogu biti hiralni kada su strukturirani u biološkim sistemima. Školjka kalcijum karbonata u obliku spirale puža i minerali u našim kostima su samo dva primera.
Ali kako ovi minerali formiraju atom po atom u kristalne hiralne oblike je jednostavno još jedna zanimljivost hiralnosti.
Da bi bolje razumeli pojavu kiralnosti, posebno u pretrpanom prostoru biološkog sistema, Huber i kolege su se okrenuli najosnovnijem 2D hiralnom obliku izvedenom iz serije trouglova: asimetričnom obliku nazvanom sfinga.
Huber i tim su koristili kompjuterske modele da testiraju levo i desnorukost poravnanja pločica sfinge, postavljajući ih u različitim brojevima i orijentacijama. Kako istraživači objašnjavaju u svom radu, želeli su da „istraže statističku mehaniku i da razotkriju hiralnu prirodu svojstvenu ansamblima gusto zbijenih kiralnih pločica koje su podložne konačnim prostornim granicama“.
Budući da su asimetrične, pločice sfinge mogu se uklopiti na mnogo različitih načina, u poređenju sa nečim jednostavnim kao što je kvadrat. Samo dve pločice sfinge, na primer, mogu se kombinovati na više od 45 različitih načina da bi se napravio par, dok dva kvadrata mogu da idu zajedno samo u jednom pravcu.
Kako se broj sfingi u obrascu povećava, one se kombinuju na super-eksponencijalne načine, dajući istraživačima pristup velikom, teoretski nasumičnom sistemu za rad.
Huber i njegove kolege su modelirali interakcije između hiralnih sfingi u uslovima visoke i niske energije, slično temperaturi. U sistemima na visokim temperaturama, kiralne sfinge jedva da su imale priliku da stupe u interakciju dok su se gurale na svoje mesto i na kraju napravile zbrkani obrazac.
Kako su temperature padale, interakcije su postale uređenije i sfinge iste kiralnosti su se skupile kako bi formirale klastere koje možete videti na dijagramu iznad.
Međutim, iznenađujuće, u sistemima na visokim temperaturama ograničenim simetričnom spoljnom granicom – kao u prepunoj prostoriji – sfinge iste hiralnosti takođe su imale tendenciju da se grupišu, kao što je prikazano na dijagramu ispod.
Čak iu tako osnovnom, smanjenom modelu kiralnosti, modeliranje pokazuje da obrasci mogu nastati iz haosa, i da izgleda da slični molekuli gravitiraju ka sličnim.
Otkrivanje bilo kakvih pravila iza ovih geometrijskih obrazaca moglo bi pomoći istraživačima u mnogim oblastima nauke, možda da shvate strukturu spoljašnjih omotača virusa ili kako je magnetizam mogao pokrenuti lančanu reakciju koja je na kraju dala životu njegovu molekularnu asimetriju.
